9.Причины искрения под щёткой в машинах постоянного тока.
Искрение щеток может быть вызвано множеством причин, которые требуют от обслуживающего персонала внимательного наблюдения за системой скользящего контакта и щеточного аппарата. К основным из этих причин относятся механические (механическое искрение) и электромагнитные (электромагнитное искрение).
Механические причины, вызвавшие искрение, не зависят от нагрузки. Искрение щеток можно уменьшить, повышая или снижая давление на щетки, и, если возможно, снижая окружную скорость.
При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный.
Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.
Электромагнитные причины, вызывающие искрение щеток, более сложные при их выявлении. Искрение, вызванное электромагнитными явлениями, изменяется пропорционально нагрузке и мало зависит от частоты вращения.
Электромагнитное искрение обычно имеет бело-голубой цвет. Форма искр шаровидная или каплеобразная. Подгар коллекторных пластин носит закономерный характер, по которому можно определить причину искрения.
Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления.
Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит, произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой.
Кроме того, в машинах постоянного тока могут наблюдаться дополнительные нарушения:
смещение щеточной траверсы с нейтрали вызывает искрение и нагрев щеток и коллектора;
деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток;
не симметрия магнитного поля вызывает снижение порога реактивной ЭДС, ухудшает коммутирующую способность машины, что, в свою очередь, вызывает искрение щеток. Магнитное поле машины симметрично, если строго соблюдаются правильный шаг по окружности между наконечниками главных и дополнительных полюсов и выдержаны расчетные зазоры под полюсами.
У крупных машин настройка электромагнитных цепей выполняется по методу безыскровой зоны.
Оценка искрения.
Оценка степени искрения по зрительному впечатлению вносит некоторую субъективность в результаты. Для объективной оценки степени искрения предложен ряд фотоэлектрических приборов и приборов, реагирующих на высокочастотную составляющую напряжения между щеткой и сбегающей коллекторной пластиной.
При оценке степени искрения принимается во внимание только искрение под сбегающим краем щетки; незначительное искрение, наблюдаемое иногда под набегающим краем щетки, не должно учитываться.
Таким образом, критерием для оценки степени искрения служит состояние рабочей поверхности коллектора и щеток.
Таким образом, основным критерием для оценки степени искрения служит состояние рабочей поверхности коллектора и щеток.
Автор присутствовал при проведении опыта и был очень поражен весьма существенной разницей в оценке степени искрения щеток отдельными лицами. На основе этого опыта можно заключить, что площадь зоны подпитки, снятая визуально по методу В. Т. Касьянова с какой-либо балльностью искрения, не может являться показателем качества коммутации. А между тем очень часто приходится снимать зону не безыскровую, а соответствующую баллам искрения 1 Д и даже 1 / 2 — Поэтому в тех случаях, когда подобного рода зоны подпитки снимают для выяснения степени эффективности каких-либо мероприятий, проведенных с целью улучшения коммутации, то при этом отметка степени искрения по прибору является единственной практически возможной.
Различного рода фотоэлектрические индикаторы искрения представляют собой несомненно полезные приборы при наладке коммутации коллекторных машин, однако попытки использовать их для оценки степени искрения по ГОСТ 183 — 55 вряд ли могут оказаться успешными из-за перечисленных в начале настоящего параграфа особенностей рассматриваемого метода. Нельзя игнорировать при этом то важное обстоятельство, что недопустимая степень искрения по ГОСТ оценивается преимущественно по наличию несмываемых нагаров на контактных поверхностях, что требует непосредственного их осмотра.
Что касается численных значений индекса коммутации для приведенного ряда марок, то испытания не дали для него однозначных величин. Объясняется это как субъективностью метода оценки степени искрения, по которому определяются границы зон, так и вероятностным характером распределения величины N. Для получения более, точных и надежных экспериментальных значений N необходимы дальнейшие массовые испытания по описанному методу. Таким образом, получается, что значение индекса коммутации, а следовательно, и коммутирующие свойства электрощеток достаточно определенно связаны с их составом. Минимумом коммутирующих свойств обладают марки, в состав которых входит натуральный графит. По мере замещения графита коксом и в особенности сажей коммутирующие свойства начинают повышаться, достигая максимума у марок, состоящих в основном из сажи.
Большое количество новых методов, а также существующих модификаций объясняется тем, что, во — первых, безыскровая зона может быть снята не для всех машин (в некоторых случаях приходится зону снимать для 2-балльного искрения), а во-вторых, безыскровая зона не всегда является хорошим показателем устойчивости коммутации, так как в некоторых случаях начавшееся искрение очень сильно прогрессирует, а поэтому, помимо безыскровой зоны, желательно снимать и зоны для различных степеней искрения щеток. Снятие же зон для определенных баллов искрения при оценке степени искрения щеток на глаз сводит практически значение зоны подпитки как показателя качества коммутации к нулю, так как различные настройщики коммутации весьма по-разному определяют балльность искрения.
Основными ГОСТ на электрические машины являются ГОСТ 183 — 74 и 11828 — 75, в которых изложены общие технические требования к электрическим машинам. К общим техническим требованиям относятся: номинальные данные, характеризующие работу машины; номинальные режимы работы; предельные отклонения напряжения при сохранении номинальной мощности; требования к перегрузке по току, повышению частоты вращения; предельные допускаемые превышения температуры частей электрических машин; требования к электрической прочности изоляции; оценка степени искрения на коллекторе; допускаемые отклонения показателей от номинальных значений; правила приемки и маркировка электрических машин и методы испытаний.
Способы улучшения коммутации.
Идея улучшения коммутации сводится к тому, чтобы криволинейную коммутацию, привести к прямолинейной, а для этого необходимо, чтобы добавочный ток iдоб был равен нулю.
. Уменьшить ток iдоб можно, попытавшись увеличить сопротивление r1+r2, теоретически это возможно, но через эти сопротивления проходит и основной ток машины, что увеличит потери напряжения и нагрев пластин. Значит этим путем идти нельзя. Кроме того, марку щеток выбирают в зависимости от плотности тока и скорости вращения коллектора. Обычно для машин постоянного тока используют графитные или электрографитные щетки. Поэтому сопротивления r1+r2определяются выбранной маркой щеток.
Уменьшить добавочный ток iдоб можем за счет уменьшения реактивной ЭДС-er.
. Уменьшая любую величину, мы уменьшаем er, но больших результатов не получим, к примеру, если уменьшим линейную нагрузку A, то это приведет к увеличению габаритов. Уменьшение скорости вращения приведет к такому же результату.
Можно уменьшить число витков в секции — Wc, но опять таки сильно уменьшить Wc нельзя, так как от Wс зависит наводимая ЭДС якоря. Остается последнее – уменьшить .
.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
4.9. Причины искрения щеток
Работа машины постоянного тока часто сопровождается искрением щеток (в основном на сбегающем крае). Искрение щеток – опасное явление и может нарушить работу машины. Однако требование абсолютно безыскровой («темной коммутации») является чрезмерным, т.к. слабое искрение под небольшой частью щеток неопасно для машины.
Степень искрения
Характеристика степени искрения
Состояние коллектора и щеток
Слабое точечное искрение под небольшой частью полюса
Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках
Слабое искрение под небольшой частью щетки
Появление следов почернения на коллекторе, устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках
Искрение под всем краем щетки. Допускается при кратковременных толчках нагрузки и перегрузках
Появление следов почернения на коллекторных не устраняемых протиранием бензином, а также следов нагара на щетках
Значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого безреостатного включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для работы.
Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток.
Причины искрения:
Механические причины искрения – слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.
Потенциальные причины искрения появляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение. В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.
Коммутационные причины искрения создаются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.
Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.
4.10. Способы улучшения коммутации
Основная причина неудовлетворительной коммутации в машинах постоянного тока – добавочный ток коммутации :
, где
– сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации. Наибольшее значение имеет сопротивление щетки и переходного контакта:
.
Отсюда следуют способы улучшения коммутации.
Выбор щеток. Для обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразнее применять щетки с большим переходным падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте невелика, что требует увеличения площади щеточного контакта и длины коллектора. Поэтому щетки с большим сопротивлением применяют в основном в машинах с относительно высоким напряжением и небольшим рабочим током.
Щетки для электрических машин разделяют на четыре группы.
Группа щеток, обозначение
Переходное падение напряжения на пару щеток при номинальном токе, В
Номинальная плотность тока, А/мм 2
Область применения
Для машин с облегченными условиями коммутации
Для машин со средними и затруднительными условиями коммутации и для контактных колец
Угольно-графитовые УГ, Т
Для машин со средними условиями коммутации
Медно-графитовые М, МГ
Для низковольтных (до 48 В) машин и контактных колец
Наибольшее применение в машинах постоянного тока напряжением 110 – 440 В имеют электрографитированные щетки.
Увеличению переходного сопротивления щеточного контакта, а следовательно улучшению коммутации, способствует политура коллектора – тонкая оксидная пленка на поверхности коллектора, обладающая повышенным электрическим сопротивлением.
Уменьшение реактивной ЭДС. Существенное влияние на суммарную ЭДС в коммутирующей секции оказывает реактивная ЭДС
.
ЭДС внешнего поля (взаимоиндукции) 
зависит от ширины щетки: чем шире щетка, тем большее число коллекторных пластин она перекрывает, тем больше секций одновременно коммутируется, что вызывает повышение ЭДС
. Однако слишком узкие щетки также нежелательны. Наиболее целесообразны щетки шириной в 2 – 3 коллекторных деления.
Реактивная ЭДС может быть ослаблена уменьшением индуктивности секций. Для этого не применяют в обмотке якоря секции с большим числом витков и полузакрытые пазы, что влияет на размеры машины. При проектировании машин постоянного тока выбор ее параметров связывают со стремлением получить компактную и экономичную машину.
Добавочные полюсы. Они предназначены для создания в зоне коммутации магнитного поля такой величины и направления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей секции ЭДС вращения 
компенсировала реактивную ЭДС
. Это основной способ улучшения коммутации. Без принятия мер по улучшению коммутации ЭДС
и
направлены в одну сторону, т.е. действуют согласно. Посредствам добавочных полюсов можно создать в зоне коммутации магнитное поле такой величины и направления, что ЭДС вращения
изменила свое направление на обратное и
. В этом случае коммутация становится прямолинейной (идеальной). Добавочные полюсы располагают между главными. При этом щетки устанавливают на геометрической нейтрали.
Все машины постоянного тока мощностью свыше 1 кВт снабжаются добавочными полюсами, число которых принимают равным числу главных полюсов или вдвое меньшим. Наличие добавочных полюсов позволяют увеличить линейную нагрузку машины и при заданной мощности получить машину меньшего веса и габаритов.
Обмотку добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. В этом случае МДС добавочных полюсов 
при различных нагрузках машины изменяется пропорционально току якоря
, т.е. пропорционально МДС якоря
. Полярность добавочного полюса в генераторе должна быть такой же, как и у следующего по направлению вращения главного полюса, а в двигателе – как у предшествующего полюса.
Получение коммутирующего поля смещением щеток. В машинах постоянного тока мощностью до 1 кВт, выполняемых без добавочных полюсов, коммутирующее поле в зоне коммутации создается смещением щеток с геометрической нейтрали. Если щетки установлены на геометрической нейтрали, то поперечное магнитное поле якоря с магнитной индукцией 
создает в зоне коммутации индукцию
. В результате в коммутирующих секциях наводится ЭДС вращения
, направленная согласованно с реактивной ЭДС
и способствующая замедленной коммутации.
Если же щетки сдвинуть на угол 
за физическую нейтраль, то коммутирующее поле с индукцией
изменит свое направление относительно направления при положении щеток на геометрической нейтрали. Это поле будет наводить в коммутирующих секциях ЭДС вращения, равную реактивной ЭДС и противоположную ей по направлению
, т.е. реактивная ЭДС окажется скомпенсированной и коммутация станет прямолинейной (идеальной).
Щетки смещают в направлении вращения якоря у генераторов или против вращения якоря у двигателей. Способ улучшения коммутации сдвигом щеток с геометрической нейтрали имеет следующие недостатки:
– коммутирующее поле изменяется не пропорционально нагрузке машины;
– усиливается размагничивающее действие реакции якоря;
– недопустимо применение способа для реверсируемых машин